02第一章 蛋白质

D-甘油醛
互为旋光异构体 ，也称为 对映异构体（实物与镜像） 如果测定结果使偏振光左旋 l 或 - 表示 右旋 d 或 ＋表示
CHO HO
CHO H H
COOH OH H
C
C
C
CH3
OH
CH2OH
CH2OH
L-(+)-甘油醛
COO H3N
D-(-)-甘油醛
OOC
D-(-)-乳酸
OOC
C
CH3
H
H3C H
极性R基团氨基酸： Tyr(酪氨酸) Cys(半胱氨酸) Ser(丝氨酸) Thr(苏氨酸) Asn(天冬酰胺) Gln(谷氨酰胺) Met (蛋氨酸) Trp(色氨酸) 非极性R基团氨基酸： Gly(甘氨酸) Ala(丙氨酸) Ile(异亮氨酸) Pro(脯氨酸)
Val(结氨酸)
Leu(亮氨酸)
体内的基本所有的物质代谢（合成，分解），物质的消化吸收 物质转运与利用等都由蛋白质参与，如，神经兴奋传导，遗传 信息传递，机体的免疫等重要生命过程都需要蛋白质。
• 蛋白质是一类含氮有机化合物。
1.1 蛋白质的分子组成
元素组成：碳、氢、氧、氮、硫。某些蛋白质还含有其他一些 元素，主要是磷、铁、碘、锌、钼和铜等。这些元素在蛋白质 中的组成百分比约为：

碳 氢 氧 氮 硫 磷
50－52％ 7％ 23％ 16% 0-3％ 0.6％
N 16%
PS 其他 1% 2%1% C 50% 他
蛋白质的含氮量
• 蛋白质中的氮占生物组织中所有含氮物质的绝 大部分。因此，可以将生物组织的含氮量近似 地看作蛋白质的含氮量。由于大多数蛋白质的
当溶液浓度为某一pH值时，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO数目正好相等，净电荷为0。这一pH值即为氨基酸的等电点， 简称 pI
OH-
R—CH—COOH │ NH3+
pH < pI
H+
R—CH—COO│ NH3+
pH = pI
OHH+
R—CH—COO│ NH2
pH > pI
COOH H3N
+
C H R
2.2.2 氨基酸的光吸收
构成蛋白质的20种氨基酸在可见 光区都没有光吸收，但在远紫外 区(<220nm)均有光吸收。 在近紫外区(220-300nm)只有酪 氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收 光的能力。
257 、275、280
组成天然蛋白质分子的20种氨基酸中，只有色氨酸、酪氨酸和 苯丙氨酸对近紫外光有光吸收。其吸收峰在280nm左右，以色 氨酸吸收最强。
第二节 蛋白质的分子组成
2.氨基酸
蛋白质的水解 常见方法包括：酸水解、碱水解、酶水解 1. 酸水解 以5-10倍于蛋白质的20％HCl煮沸并回流16-24小时，或高压 121度水解12小时。 优点：水解彻底，终产物是L-氨基酸，没有旋光异构体产生 HCl可以直接加热挥发而除去 缺点: 色氨酸几乎全部被破坏； 经常生成黑色物质，如：腐黑质，水解产物为黑色； 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸也部分被破坏
第一章
蛋白质化学
生物资源与环境科学学院
胡
疆
第一节 蛋白质（protein）及其生物学功能 • 生物化学的基本内容包括： • 发现和阐明构成生命物体的分子基础－ 生物分子的化学组成、结构和性质； • 生物分子的功能与生命现象的关系； • 生物分子在生物机体中的相互作用及其 变化规律。
蛋白质
1 2 3 4 概述 氨基酸 多肽 蛋白质的结构 5 6 蛋白质的重要性质 蛋白质的分离与提纯
以甘氨酸(Gly)为例讨论氨基酸的两性解离和等电点
COOH H3N
+
C H R
-H pK1 ' +H
+
+
COO H3N
+
-
C H R
-H pK2 ' +H
+
+
COO R
pH=10
R– (+) ( –) (+)
R± (–)
在pH5.9时，溶液中 [R+]=[R- ]
静电荷为零时溶液的pH就是该氨基酸的等电点
氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基 形 式 存 在 ， 而 是 离 解 成 偶 极 离 子 (Dipolarion) 或 兼 性 离 子 (Zwiterion)的形式存在。 兼性离子：在同一分子上带有等量的正负电荷，即所带净电荷
可利用此性质采用紫外分分光度法测定蛋白质的含量。 酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103;
苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;
色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103;
由于都含有苯环结构,共轭体系
2.2.3 两性解离及等电点
氨基酸分子是一种两性电解质。
HS CH2 CH2 NH2 C COOH H
NH2 C COOH H
NH2 C COOH H
甲硫氨酸生物合成的中间产物 Thr，Asp，Met代谢的中间产物 尿素生成的中间产物 尿素生成的中间产物
HO CH2 CH2
H2N CH2
CH2
CH2
O NH2 H2N C NH CH2 CH2 CH2 C COOH H
2.氨基酸
2. 碱水解
条件：6mol/L NaOH或4mol/L Ba(OH)2煮沸6小时可完全水解 成氨基酸
优点：色氨酸没有被破坏，水解产物清亮 缺点：产物氨基酸发生旋光异构现象，出现D-氨基酸，而D氨基酸人体不能吸收，不能分解，营养价值减半。
丝氨酸、苏氨酸、赖氨酸、胱氨酸大部分破坏。
一般很少采用
-H pK1 ' +H
+
+
COO H3N
+
-
C H R
-H pK2 ' +H
+
+
COO R
-
H2N C H
PH 净电荷
1 +1 正离子
7 0 两性离子 等电点PI
10 -1 负离子
取不同pH下的Gly溶液进行电泳，其结果可用如下的示意图表示：
(正极) 样品
(负极) pH=2.0 R+ (+) (–) pH=5.9
2.氨基酸
3. 酶水解 蛋白质在蛋白酶的作用下发生的水解反应 优点：水解条件温和，常温36-60度，常压和pH保持中性 氨基酸基本不被破坏，不发生旋光异构现象。
2.氨基酸
组成蛋白质的基本单位是氨基酸(amino acid,AA) 。如将天然的蛋
白质完全水解，最后都可得到约二十种不同的氨基酸。除脯氨酸 和甘氨酸外，其余均属于L-α-氨基酸
溶菌酶(卵清) 肌红蛋白(马心) 卵白蛋白 血红蛋白(人) a—淀粉酶
13700
13900 16900 44000 64000 97000
糖原磷酸化酶(牛肝)
脲 酶 甲状腺球蛋白 短枝病毒蛋白(番茄) 斑纹病毒蛋白(烟叶)
370600
480000 650000 7600000 40000000
某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基(多肽链)通过非共价 结合而成的，称寡聚蛋白质。有些寡聚蛋白质的分子量可高达 数百万甚至数千万。
含氮量接近于16%，所以，可以根据生物样品
中的含氮量来计算蛋白质的大概含量：
• 蛋白质含量（克%）=每克生物样品中含氮的克数 6.25
即:含氮量为1g 的样品中,蛋白质的含量为
1 16%
=6.25g
6.25:是蛋白质的特征常数,也是经典蛋白质测定方法—凯式定氮法的基础
蛋白质的大小与分子量
• 蛋白质是分子量很大的生物分子。
C
NH3
R H
C
NH3
L-丙氨酸
L-丙氨酸
L-氨基酸通式
2.氨基酸
按照化学结构分类：
2. 氨基酸
按照化学结构分类：
2.1 氨基酸的分类
根据R侧链基团解离性质的不同，可将氨基酸进行分类： 1. 酸性氨基酸 Glu，Asp；侧链基团在中性溶液中解离后带负 电荷的氨基酸。 2. 碱性氨基酸 His，Arg，Lys；侧链基团在中性溶液中解离 后带正电荷的氨基酸。 3.中性氨基酸—侧链基团在中性溶液中不发生解离，因而不带 电荷的氨基酸。可分为：
7
蛋白质的分析测定
1.蛋白质概述
蛋白质 (protein) 是由氨基酸为单位组成的一类重要 的生物大分子，是生命的物质基础。 蛋白质存在于所有的生物细胞中，是构成生物体最基 本的结构物质和功能物质。
不同生物体内蛋白质的含量相差很大，植物中一般含量在10－ 15％，人和动物中蛋白质含量 一般比较高，干重超过45％， 在动物体中，肝脏，心脏，肺，肌肉中，含量高达68－80％。
H
α碳原子
R – C – COOH NH3 L-α-氨基酸的结构通式 甘油醛
2.1.1 结构与分子构型
旋光性：物质能使平面偏振光的偏振面发生偏转的性质。 能使平面偏振光的偏振面发射功能偏转的物质：旋光物质或 旋光体
2.1 单糖的结构
2.1.1 结构与分子构型
• 手性碳原子：即不对称碳原子，指连接四个不同原子 和基团的碳原子。
NH2 C COOH H CH3 NH2 HOOC C C COOH H H
抗菌素
天冬霉素
2.2 氨基酸的理化性质
2.2.1旋光性
除甘氨酸外，氨基酸均含有一 个手性-碳原子，因此都具有 旋光性。
比旋光度是氨基酸的重要物理 常数之一，是鉴别各种氨基酸 的重要依据（d/l）
天然的蛋白分离出的氨基酸都是L-构型的，人体不能利用D-氨 基酸。 在细菌中含有多种D-氨基酸，如： 细菌细胞壁成分 D-丙氨酸 短杆菌肽D、放线菌素Ｄ D-胱氨酸 短杆菌肽D、 多粘菌肽 D-亮氨酸 枯草菌肽A D-天门冬氨酸 细菌肽聚糖 D-谷氨酸 少数D-氨基酸在人体也有生理意义，如青霉素中的D-半胱氨酸 转化成L-半胱氨酸则没有抗菌的功能